提高米曲霉代謝產物量的途徑探究

熊麗娜 李思媛 劉余凡 賴慧娟

摘要：米曲霉的代謝產物可廣泛應用于食品等發酵行業，其應用過程中的一個關鍵問題是提高它的代謝物產量。因此，本文分別從固態和液態培養基中的培養物及不同的培養技術對米曲霉代謝產物產量的影響進行綜述，以期為提高米曲霉代謝產物的產量提供方法與借鑒。

1.前言

米曲霉是一種需氧型曲霉屬絲狀真菌，在發酵中米曲霉會產生大量的蛋白酶和淀粉酶[1]，蛋白酶可以將不易消化的大分子蛋白質降解為蛋白胨、多肽及各種氨基酸;而淀粉酶可以將原料中支鏈淀粉和直鏈淀粉降解成糊精及各種低分子的糖類，如葡萄糖、麥芽糖等[2]。現今，米曲霉已在食品行業展現出廣泛的應用前景，因此如何增加米曲霉代謝產物的產量，對其工業應用非常重要。本文分別從培養基及培養技術方面探討影響米曲霉生長的因素。

2.固體培養基

由固體培養基獲得的米曲霉的菌絲體可用作生產子實體的一個重要的初步步驟，可以提高米曲霉代謝產物中的酶產量，還可以延長產品的穩定性和低生產成本。為了增加米曲霉的代謝產物，可以通過調整培養溫度、培養時間、水分活度、底物配比及pH、改進葡糖淀粉酶編碼基因啟動子，調整碳和氮的通量和氧氣通量等方法。王振猛等人通過優化固態培養基的成分及工藝來提高米曲霉產蛋白酶量，研究發現：采用麩皮作為碳源和氮源，固體培養基含水量和接種量分別為60.7%和2%，培養溫度和培養時間分別為28℃和83.3h，米曲霉所產蛋白酶酶活力最佳。辛娜等人利用單因素試驗方法，研究不同接種方式、不同發酵方式、不同翻堆頻率、原料滅菌與否等因素對發酵豆粕菌數、粗蛋白增加率及酸溶蛋白占粗蛋白比值的影響，研究表明：較優的發酵條件為：28℃發酵3d，原料滅菌組優于不滅菌組。Shinkawa等人研究了以米曲霉為宿主微生物，通過堿性預處理調整PH的稻桿為底物培養米曲霉，發現用于生產醬油和微增的菌株在試驗條件下生長的更好，堿性預處理后的稻草中含有大量的乙酸。Zhao等人對米曲霉固態培養豆粕和麥麩醬油原料進行了研究，發現碳通量和氨基酸生物合成相關的代謝物被證實受到蛋白酶和糖苷水解酶生產的調控，蛋白酶產率得到了提升。上述研究結果表明：通過調整固體培養基組分及其工藝，可以有目的的提高米曲霉的代謝產物。

3.液體培養基

由于液態培養的菌絲體的產生比固態培養耗時短和需要更小的空間，使得液態培養基比固態培養基更適用于工業化生產。米曲霉在液體培養基中形成菌絲聚集物或菌絲球。在早期階段，孢子聚集并形成成核體以促進成球生長，菌絲生長和相互連接的萌發孢子創造了顆粒結構，菌絲顆粒的形成降低了液態培養的生產力。因此，可以通過調整培養條件，如初始pH值、培養基組成、添加劑和曝氣等來提高米曲霉的代謝產物量 。Kurakake等人探討了非離子表面活性劑吐溫對液體培養基中球狀真菌粒徑影響，結果顯示：液體培養基中加入非離子表面活性劑吐溫20，40和80時，隨著HLB值的增加，微球粒徑減小。Miyazawa等人發現：半乳糖胺半乳聚糖和 α-1，3-葡聚糖都有助于液體培養中米曲霉菌絲的聚集，當 α-1，3-葡聚糖合酶的基因編碼細胞壁被破壞時，在液體培養條件下米曲霉代謝產物中的酶產量將增加，滿足工業化生產要求。Belgacem等人研究了米曲霉S2的液體培養工藝，結果顯示：培養溫度為24℃，尿素濃度為1g/L，C/N為2的條件下，淀粉酶最大活性為750U/mL。李童團隊發現在液態培養的條件下，脂肪酶活力最高的轉化子酶活力比初始菌株高10.16U/mL。游見明等研究者發現米曲霉NJ132液態培養分生孢子產生的適宜條件為：培養基為10 mg/L混合無機鹽+馬鈴薯培養基，培養基用量為120mL，搖床轉速為100 r/min，25℃和20℃下分別培養5天和1天，光照/黑暗循環培養1天。可見，在調整液體培養基的配方及工藝條件之后，可以有效提高米曲霉的代謝產物量。

4.培養技術

現今，許多研究小組已在提高米曲霉代謝產物量方面開展了研究，并取得了許多顯著的成果[3-4]。Veerana等人發現非熱常壓等離子體技術可以提高米曲霉的孢子萌發率和α-淀粉酶分泌量。Zhang等人發現常壓室溫等離子體誘變技術是微生物育種領域的一種有效工具，可增加微生物的代謝產物。Tamano等人通過在米曲霉中共過表達延長酶和兩個去飽和酶基因，提高了不飽和游離脂肪酸的產量。王常高等人[5]發現在蝦頭和蝦殼粉末的固體培養基中，紫外線誘變后的米曲霉蛋白酶產酶水平是未誘變的2.22倍。

5.結束語

綜上所述，影響米曲霉代謝產物量的因素包括營養物質和相關的物理化學參數（pH值、溫度、水活性和光照條件等），它們共同影響微生物的代謝。通過單因素試驗或者正交因素試驗來調控優化米曲霉的培養條件，或采用新的培養技術，可以提高米曲霉代謝產物量，進一步擴大米曲霉的應用。

參考文獻

[1] 王振猛，江曉，孫建安，毛相朝.米曲霉固態發酵產蛋白酶酶解蝦頭工藝探究[J].中國漁業質量與標準，2020 （03）：19–30.

[2] 辛娜，郭亮，鄧露芳，黃玉海，宗文麗，張勇，劉憲輝，班文杰.固態發酵豆粕發酵工藝的優化[J].畜牧產業，2020 （09）：71–74.

[3] 李童，李燕萍.米曲霉黃酒小曲4轉化體系的構建及脂肪酶的異源表達[J].南昌大學學報（理科版），2019 （03）：246–250+256.

[4] 游見明，呂開斌，曹新志.米曲霉菌株NJ132液態發酵產孢子條件初步篩選[J].食品研究與開發，2017 （21）：177–180.

[5] 王常高，杜馨，林建國，趙澤鑫，蔡俊，釀造蝦頭蝦殼功能性調味料用高產菌株選育研究，中國調味品，2021 （46）：17–19.

項目名稱：江西省大學生創新訓練計劃項目（S202111318057）